CN201408098Y - 幕墙钢索电阻应变式张力测试仪 - Google Patents

Abstract

幕墙钢索电阻应变式张力测试仪，包含静态应变测量装置、A/D转换器和数据处理及结果显示装置三个部分。静态应变测量装置包括左右夹具和差动变电阻应变电桥，差动变电阻应变电桥的应变传感器置于左右夹具之间；数据处理及结果显示装置采用普通的计算机，通过对钢索应变数学模型的分析，将经过变换的电压信号处理并转换成为钢索的伸长量，显示处理的结果。本幕墙钢索电阻应变式张力测试仪可以自动对幕墙钢索的张力进行过程测量、操作使用十分方便、误差也比较小。

Description

幕墙钢索电阻应变式张力测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量幕墙钢索拉力的自动测试仪。

背景技术

专利号为ZL200620065803.6的实用新型专利公开一种机械应变式千分表作为传感器的幕墙钢索应变式张力测试仪，该张力测试仪包括左右夹具，配置顶杆、左右压模及压盖和作为传感器的机械应变式千分表。全套装置固定在钢索上，可以实现钢索受力过程的测量，测量反应十分灵敏，但要用肉眼观察千分表指针变化，并用手工记录，容易产生人为偏差，也不适合进行幕墙钢索拉力的过程测量的自动化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以自动进行过程测量、操作使用十分方便、误差较小的幕墙钢索电阻应变式张力测试仪。

为了实现上述目的，本实用新型幕墙钢索电阻应变测量装置包含：静态应变测量仪、A/D转换器和数据处理及结果显示装置三个部分。静态应变测量仪包括左右夹具、差动变电阻应变电桥和差动放大器，左右夹具由上下两块夹模构成，上下两块夹模的中间有V型夹槽，夹槽的横截面呈顶角为100度的等腰三角形，左右夹具固定后呈等边菱形；差动变电阻应变电桥的应变传感器置于左右夹具之间。静态应变测量装置将应变信号转换对应的电压信号。A/D转换器完成模拟数据的转换工作。数据处理及结果显示装置根据以上的测试方法进行专业设计，通过对钢索应变数学模型的分析，将经过变换的电压信号处理并转换成为钢索的伸长量，显示处理的结果。

本实用新型幕墙钢索电阻应变式张力测量方法如下：

1.幕墙钢索张力静态应变测量：将应变传感器安装于钢索纵向受力位置，构建差动变电阻应变电桥补偿电路，实现对应变传感器电阻微弱变化的精密测量。静态应变测量装置的应变传感器-可变电阻R’通过左右夹具安装于钢索纵向受力位置，由R₁、R₂、R₃、R₄、R’和R₁’、R₂’、R₃’、R₄’构建差动变电阻应变电桥补偿电路，实现对应变传感器电阻微弱变化的精密测量。其线路结构是采用差动变电阻应变电桥，采用半桥接线方法，例如当钢索发生伸长变形，带动活动触头向右移动时，R₁增加ΔR₁₁，R₂减少ΔR₁₂，且ΔR₁₁＝ΔR₁₂。令ΔR₁₁＝ΔR₁₂＝ΔR，由应变电桥相关公式，可得：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{u}\≈{\frac{1}{4}\stackrel{\·}{u}}_0\frac{2\mathrm{\ΔR}}{R}\≈\frac{1}{2}{\stackrel{\·}{u}}_0\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{1}{2}{\stackrel{\·}{u}}_0{K}_1{K}_2\mathrm{\ϵ}---\left(1\right)$

式中，

ε——应变值(×10^-6)，

R——电桥桥臂电阻(Ω)，

ΔR——因钢索伸长引起的电阻变化量(Ω)，

K₁——应变测量仪器的灵敏系数，

K₂——差动放大器的放大倍数。

将钢索考虑为圆柱形弹性体，由虎克定理得到电压测量值与钢索形变张力之间的关系：

W＝SEε         (2)

式中：

W——钢索所受拉力(N)，

S——钢索的横截面积(mm²)，

E——钢索的经验弹性模数，不同材料和直径各不相同(N/mm²)。

从(1)式可以看出，这样的组桥方法，不仅可以达到温度自动补偿的目的，而且还可以提高应变电桥的输出灵敏度，比半桥单臂变化接法提高了一倍，并可以做到输出灵敏度规一化，利用这一接桥特点和组桥原理，可以用一般应变电测的组桥方法，可选用二只或二只以上的同型号传感器组成复合传感器，根据被测对象进行应变的自动组合，从而达到减少测点和计算分析工作量，为提高测试工作效率和精度提供了方便。

2、幕墙钢索张力静态应变数据的采集与滤波处理：考虑到钢索在应变测量时晃动和扭力的存在，有必要对应变测量数据进行滤波处理。具体做法为：在单次加力，待钢索处于稳定状态后，对钢索测量点应变值进行连续10次采样，对采样数据进行限幅滤波和中位值平均滤波处理：首先剔除与理论计算值相差较大的不合理数据，然后去掉一个最大值和一个最小值，最后计算剩余数值的平均值，作为该次加力的采样数据。

3.不同结构点式钢索界面显示：以彩色图形界面显示鱼腹式曲线、折线型钢索、自平衡钢索、水平钢索索网等不同点式支撑操作界面。用户可通过鼠标操作自行选定测点位置，并可以图形界面方式显示测量点的变形与受力测量结果。

4.应变与拉力之间换算的经验参数设计：不同组合钢索在进行应变与受力换算时，需要采用不同的经验参数。因此需要根据不同的输入条件设计不同的经验参数。

5.建立不同型号钢索力学参数数据库；设计从φ6-φ30钢索横截面积、杨氏模量、最大长度数据库***，为钢索自动受力分析提供计算基础。

6.进行不同幕墙钢索结构受力分析：该模块可根据应变测量结果，自动调用模块3和模块4中的纲索力学经验参数，自动计算得出点式钢索支撑结构的受力分析结果。

7.数据存储与显示：测量得到的应变值与最终计算的张力分析结果以TXT文件格式保存，同时可在图形界面上显示相应的测量与计算结果。

必要时，数据打印输出：可以测试报告的方式向打印机输出测试报告。

以上测量方法除了1以外，其他都是利用专业设计的数据处理与显示装置完成。

数据处理及结果显示装置可实现如下功能：

1、不同组合钢索的应变与拉力之间换算的经验参数设计；

2、计算出钢索受力分析结果；

3、鱼腹式曲线、折线型钢索、自平衡钢索、水平钢索索网的界面显示、测量布置图；

4、记录施加载荷和钢索应变值、伸长量；

5、建立钢索的杨氏模量及截面积数据库；

6、自动调出钢索的杨氏模量及截面积；

7、数据存储、显示计算数据及支持打印功能。

本幕墙钢索电阻应变测量装置，可以自动进行幕墙钢索张力应变的过程测量，操作使用十分方便，误差较小

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是左右夹具的结构剖图。

图2是夹具使用状态剖图。

图3是差动变电阻应变电桥的电路图。

具体实施方案

在图1、2中，左右夹具由上下两块夹模1和2构成，上下两块夹模的中间有一条V形夹槽3，V型夹槽的横截面呈顶角可以为70-120度的等腰三角形，最佳为100度，这样可以使夹具与幕墙钢索的接触面积最大，夹得最紧。左右夹具固定幕墙钢索后呈等边菱形。另外4为紧固螺铨孔，6为应变传感器安装孔。图2中的5为被测幕墙钢索。由于采用顶角为100度的等腰V型夹槽，改变等腰V型夹槽的深度，夹具可夹横截面积从φ6-φ30的各种钢索。如等腰V型夹槽的深度H为3.5mm，夹具可夹横截面积从φ6-φ12的各种钢索。等腰V型夹槽的深度H为7.83mm，夹具可夹横截面积从φ13-φ20的各种钢索。等腰V型夹槽的深度H为12mm，夹具可夹横截面积从φ20-φ30的各种钢索。

图3中，差动变电阻应变电桥由R₁、R₂、R₃、R₄、R’和R₁’、R₂’、R₃’、R₄’构建差动变电阻应变电桥补偿电路，实现对应变传感器电阻微弱变化的精密测量。静态应变测量装置的应变传感器-可变电阻R’通过左右夹具安装于钢索纵向受力位置，当钢索发生伸长变形，带动活动触头向右移动时，R₁、R₂发生变化，用电位差计等仪器，测量出Δù的值，根据(1)式和(2)式，就可以得出幕墙钢索所受的张力。A/D转换之后接数据处理及结果显示装置。

Claims (2)

1、幕墙钢索电阻应变式张力测试仪，其特征是该测试仪包含静态应变测量装置、A/D转换器和数据处理及结果显示装置三个部分；静态应变测量装置包括左右夹具、差动变电阻应变电桥和差动放大器，差动变电阻应变电桥的应变传感器置于左右夹具之间。

2、如权利要求1所述的幕墙钢索电阻应变式张力测试仪，其特征是左右夹具由上下两块夹模构成，上下两块夹模的中间有一条V形夹槽，V形夹槽的顶角为100度，左右夹具固定后呈等边菱形。

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